郭曉雨

摘要：文章對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的原理進(jìn)行研究，分析煤礦運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行特性，以及變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)用的特點(diǎn)，從煤礦運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行的初級(jí)階段以及非穩(wěn)定狀態(tài)下分析變頻調(diào)速技術(shù)在其中的具體運(yùn)用情況，以供參考。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù);煤礦運(yùn)輸機(jī);應(yīng)用

1引言

在煤礦生產(chǎn)中，運(yùn)輸機(jī)是常用的煤炭運(yùn)輸設(shè)備，也是煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中主要的運(yùn)輸工具，其動(dòng)力來源通常為三相異步電動(dòng)機(jī)，其運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性直接決定著煤礦生產(chǎn)整體的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在目前的煤礦運(yùn)輸機(jī)中采用變頻調(diào)速技術(shù)，就是通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的供電頻率的改變對(duì)其運(yùn)行速度進(jìn)行控制，是一種具有先進(jìn)調(diào)速方式和顯著節(jié)能效果的技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦運(yùn)輸機(jī)中的有效運(yùn)用可以提高運(yùn)輸機(jī)的效率，并對(duì)運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行起到保護(hù)的作用，促進(jìn)煤礦更好的發(fā)展。

2變頻調(diào)速技術(shù)分析

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率的關(guān)系式如公式2.1所示。

其中，n為異步電動(dòng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速;f為交流電源的頻率;s為轉(zhuǎn)差率;p為磁極對(duì)數(shù)。在異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用過程中，由于轉(zhuǎn)差率s的變化不大，在忽略s的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速則可以看成與交流電源的頻率成正比例關(guān)系。如果可以對(duì)供電設(shè)備采用平滑調(diào)節(jié)的方式，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行平滑的調(diào)節(jié)，這就是變頻調(diào)速技術(shù)的基本思想。變頻調(diào)速系統(tǒng)就是通過變頻調(diào)速裝置將電網(wǎng)電源的電壓和頻率轉(zhuǎn)換為可以調(diào)節(jié)的交流電源，從而通過改變交流電的頻率對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

3變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

3.1煤礦運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行特性

煤礦運(yùn)輸機(jī)最大的運(yùn)行特點(diǎn)就是恒速負(fù)載，尤其是運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)在不同的低速扭矩下運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)行速度基本保持恒定不變。在煤礦運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行煤礦、材料等的運(yùn)行生產(chǎn)過程中，其運(yùn)行速度的恒定性，只是負(fù)載電阻在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行變化時(shí)會(huì)引起扭矩的輕微變化。但是煤礦運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸距離通常較遠(yuǎn)，尤其是其在冬季進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的低速運(yùn)行時(shí)，需要采用專用的低速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來確保其以上特性，所以煤礦運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性。此外，運(yùn)輸機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的矢量控制系統(tǒng)還具有較好的高速性能和低速長(zhǎng)期運(yùn)行的特點(diǎn)，而且在運(yùn)行過程中需要對(duì)速度和扭矩進(jìn)行監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，并且需要對(duì)運(yùn)行中的張力進(jìn)行測(cè)量和控制，來確保整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠與穩(wěn)定。

3.2變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)用的特點(diǎn)

一是在煤礦運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)用隔爆變頻器等，可以對(duì)煤礦運(yùn)輸機(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)的時(shí)間進(jìn)行調(diào)控，即可以對(duì)運(yùn)輸機(jī)的啟動(dòng)加速度和停車減速度進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的軟啟動(dòng)和軟停止，降低運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)的慣性作用對(duì)設(shè)備造成的沖擊損耗;二是在皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)中采用無極調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，可以控制皮帶在額定的帶速范圍內(nèi)進(jìn)行皮帶機(jī)的驗(yàn)帶作業(yè);三是通過各滾筒的變頻器對(duì)速度的調(diào)節(jié)來對(duì)電機(jī)的速度差進(jìn)行調(diào)整，使其電機(jī)電流值趨于平衡，所以具有功率平衡的特性;四是由于運(yùn)輸機(jī)上所運(yùn)輸?shù)拿旱V重量具有不均勻的特點(diǎn)，使用變頻調(diào)速技術(shù)可以根據(jù)負(fù)荷大小進(jìn)行速度控制，從而節(jié)能電能、降低皮帶機(jī)系統(tǒng)的磨損和破壞;五是可以實(shí)現(xiàn)工頻與變頻的自由切換，延長(zhǎng)變頻器的電解電容的壽命，而且便于故障檢修下的正常生產(chǎn)作業(yè);六是變頻器的應(yīng)用還具有平穩(wěn)的重載啟動(dòng)特性，對(duì)重載進(jìn)行有效控制，避免出現(xiàn)重載沖擊危險(xiǎn)。

4變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦運(yùn)輸機(jī)中的有效運(yùn)用

4.1煤礦運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行的初級(jí)階段

煤礦運(yùn)輸機(jī)主要由機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成，且具有荷載重和轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn)，由于運(yùn)輸機(jī)的皮帶容易出現(xiàn)打滑，所以需要啟動(dòng)制動(dòng)，但是這樣會(huì)增大皮帶的動(dòng)態(tài)張力，還能提高運(yùn)輸機(jī)的速度和安全性。在運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)這個(gè)初級(jí)階段，傳動(dòng)滑輪帶動(dòng)靜態(tài)電阻變成動(dòng)阻力，會(huì)使得運(yùn)輸機(jī)發(fā)生振動(dòng)，此階段容易出現(xiàn)電阻突變的問題，所以為了排除以上問題需要增加負(fù)載張緊裝置，但是在運(yùn)行中一旦出現(xiàn)輸送帶各部分的靜阻力不同的現(xiàn)象就會(huì)引發(fā)粘彈性變形的問題。所以在此階段應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可以發(fā)揮其對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行控制的作用，降低張力值，防止皮帶出現(xiàn)嚴(yán)重受損的問題。

4.2煤礦運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)

在煤礦運(yùn)輸機(jī)在非穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，輸送皮帶會(huì)受到靜張力和速度變化所引起的附加張力的共同影響，在這種因素的共同作用下會(huì)引發(fā)驅(qū)動(dòng)滾筒處的運(yùn)輸機(jī)張力急劇增加，不僅導(dǎo)致運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，而且會(huì)對(duì)滾筒、電機(jī)以及其他部位造成破壞。所以在運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)之后，當(dāng)出現(xiàn)上述問題時(shí)，變頻調(diào)速裝置會(huì)對(duì)供電電壓的頻率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而控制電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速特性進(jìn)行改變，這樣就可以確保電機(jī)的平穩(wěn)提速，而不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。此外，此系統(tǒng)還具有速度智能調(diào)整功能，可以根據(jù)運(yùn)輸機(jī)上煤炭的重量進(jìn)行智能速度調(diào)節(jié)，可以根據(jù)輸送機(jī)上實(shí)際的煤炭重量確保其平穩(wěn)啟動(dòng)，并化解運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)過程中產(chǎn)生的張力，降低對(duì)皮帶的損害，從而大大降低運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行中的故障概率，延長(zhǎng)托輥和滾筒的使用壽命。

4.3煤礦運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速改造方案

針對(duì)使用多臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)的皮帶運(yùn)輸機(jī)，在其運(yùn)行中需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容就是電機(jī)的協(xié)調(diào)控制。這主要是由于不同電機(jī)之間需要通過皮帶來進(jìn)行耦合，這就會(huì)使得如果在電機(jī)之間出現(xiàn)滑差現(xiàn)象時(shí)，就會(huì)對(duì)變頻器的輸出頻率造成影響，導(dǎo)致其發(fā)生偏差問題而影響輸出轉(zhuǎn)矩，雞兒會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩不平衡的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致故障以及事故的發(fā)生。針對(duì)此問題，就需要做好在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的不同電機(jī)之間出力的平衡工作。

為了對(duì)負(fù)載平衡進(jìn)行更好的協(xié)調(diào)和控制，需要針對(duì)煤礦運(yùn)輸機(jī)的應(yīng)用實(shí)際情況來對(duì)控制方案進(jìn)行合理選擇，確保此方案的應(yīng)用條件滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，且針對(duì)其高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)來說則通常需要選擇主-從的控制方案。而且在此方案下需要保證不同電機(jī)之間出力的平衡，使用1到2臺(tái)電機(jī)且盡量縮小電機(jī)之間的間距，使其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔。在此方案中還需要使用變頻器來進(jìn)行主要控制，其主要作用就是對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行確定。還要使用另外一臺(tái)變頻器來確保電機(jī)和變頻器同步，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。在上述改造方案中，需要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速精度控制在0.5%以下來滿足其控制要求，這就?通過無速度傳感器矢量控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)上述要求。此外還可以通過速度傳感器控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更為嚴(yán)格的精度要求，并且可以實(shí)現(xiàn)其精度控制在0.1%以下的要求。在上述改造方案中所使用的主-從高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下作用：：（1）外部信號(hào)連鎖控制功能;（2）報(bào)警邏輯信號(hào)輸出功能。其中前者的主要作用就是對(duì)本地或遠(yuǎn)程的指令進(jìn)行接收，或者是對(duì)從控系統(tǒng)發(fā)動(dòng)的指令進(jìn)行接收。而后者的主要作用就是對(duì)主控系統(tǒng)的指令進(jìn)行接收。

5結(jié)語

運(yùn)輸機(jī)是煤礦生產(chǎn)中的重要運(yùn)輸設(shè)備，為了提高其運(yùn)行的安全性和可靠性，并提高運(yùn)行效率、節(jié)能電能消耗。在分析煤礦運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行特性以及變頻調(diào)速技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，通過變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的軟啟動(dòng)和軟停止。并對(duì)運(yùn)輸機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，而且可以根據(jù)負(fù)荷大小繼續(xù)擰速度的智能控制，還能實(shí)現(xiàn)工頻和變頻的自由切換。不僅確保在運(yùn)輸機(jī)的初級(jí)運(yùn)行階段避免出現(xiàn)皮帶受損問題，對(duì)張力進(jìn)行控制和應(yīng)對(duì)，而且在運(yùn)輸機(jī)的非穩(wěn)定狀態(tài)下對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒處的張力進(jìn)行控制，確保其運(yùn)行穩(wěn)定，還通過智能速度調(diào)整功能，化解張力、降低對(duì)皮帶的損害以及其他故障概率，延長(zhǎng)運(yùn)輸機(jī)的使用壽命。

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